Le basi della biologia

DNA

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Si​ stima​ che​ le​ cellule​ viventi​ abbiano​ continuato​ a evolversi​ per​ più​ di​ 3,5​ miliardi​ di​ anni.

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Circa​ 10​ alla​ tredicesima​ cellule​ formano​ il​ corpo​ umano.

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Tutte​ le​ cellule​ viventi​ conservano​ la​ loro​ informazione​ ereditaria​ sotto​ forma​ di​ molecole​ a

​ ​ ​

doppio​ filamento​ di​ DNA.

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Il​ DNA​ è una​ macromolecola​ stabile​ .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Ogni​ filamento​ di​ DNA​ è un​ polimero​ indipendente​ .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

I doppi​ filamenti​ di​ DNA​ sono​ lunghe​ catene​ polimeriche​ accoppiate​ senza​ ramificazioni

​ ​ ​ denominati​​ ​ nucleotidi​​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

formati​ da​ monomeri​ la​ cui​ struttura​ è modulare.

​ ​ ​

Struttura​ di​ un​ nucleotide ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

ZUCCHERO + BASE AZOTATA + GRUPPI FOSFATO

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

● Lo​ zucchero​ può​ essere​ un​ ribosio​ o un​ desossiribosio​ , si​ trovano​ rispettivamente

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ furanosi​​ ​ ​ ​ ​

nel​ RNA​ e nel​ DNA​ , entrambi​ due​ monosaccaridi​ quindi​ formati​ da​ 5

​ ​

atomi​ di​ carbonio

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

● La​ base​ azotata​ può​ essere​ purinica​ o pirimidinica​ (le​ purine​ sono​ la​ guanina​ e l'

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

adenina​ e le​ pirimidine​ sono​ la​ citosina​ la​ timina​ e uracile​ per​ le​ RNA​ )

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

● i​ gruppi​ fosfato​ hanno​ un​ carattere​ fortemente​ acido

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Attenzione​ a non​ confondere​ un​ nucleotide​ da​ un​ nucleoside​ :

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

- Nucleotide​ = zucchero​ + base​ + gruppo​ fosfato

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

- Nucleoside​ = zucchero​ + base​ .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

[ I nucleosidi sono le singole unità asimmetriche e danno all’ossatura del filamento una

​ ​

direzionalità ].

​ ​ ​ ​ ​ ​

In​ ciascun​ filamento​ di​ DNA​ ho​ :

​ carbonioso​​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

1. scheletro​ formato​ da​ gruppi​ fosfato​ e dai​ residui​ dello​ zucchero

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

2-deossiribosio​ in​ successione​ alternata​ ed​ è uguale​ in​ tutte​ le​ molecole​ di​ DNA

​ azotate​​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

2. basi​ che​ sporgono​ verso​ l’interno​ della​ molecola​ ; rappresentano​ la​ parte

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

variabile​ , diversa​ in​ ogni​ molecola​ di​ DNA

​

Da​ ricordare

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

● I​ gruppi​ fosfato​ sono​ legati​ all’atomo​ di​ carbonio​ numero​ 5 dello​ zucchero​ furanoso

​ ​ ​ ​ ​ ​

● I​ nucleotidi​ incorporati​ nel​ DNA​ sono​ MONOFOSFATI

​ ​ ​ ​ ​ ​

● I​ nucleotidi​ liberi​ sono​ invece​ TRIFOSFATI

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Un​ singolo​ filamento​ di​ DNA​ è costituito​ da​ nucleotidi​ uniti​ da​ legami​ zucchero-fosfato​ .

​ ​ ​ ​ ​

Questo​ legame​ viene​ detto​ fosfodiesterico​ .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Il​ legame​ fosfodiesterico​ è un​ legame​ covalente​ tra​ il​ gruppo​ fosfato​ associato​ a C5​ di​ un

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

nucleotide​ e il​ C3​ dello​ zucchero​ del​ nucleotide​ successivo​ .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Il​ polinucleotide​ che​ si​ forma​ grazie​ a questi​ legami​ ha​ una​ polarità​ , o direzionalità

​

intrinseca​ .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

In​ una​ estremità​ avrò​ il​ gruppo​ OH​ in​ C3​ libero​ → estremità​ 3’

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

In​ una​ estremità​ avrò​ il​ gruppo​ PO​ in​ C5​ libero​ → estremità​ 5’

​ ​

4

​ ​ ​ ​ ​ ​

Quindi​ , to​ sum​ up​ :

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Legami in una molecola di DNA

​ ​ ​ ​

FORTI​ COVALENTI (FOSFODIESTERICO)​ all’interno​ di​ un

filamento ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

DEBOLI (LEGAMI​ A IDROGENO​ ) tra​ filamenti

opposti

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Il​ DNA​ può​ trovarsi​ in​ TRE​ forme​ : ABZ

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

● Forma​ A : è tipica​ degli​ ibridi​ RNA-RNA​ o RNA-DNA​ , presenta​ 11​ bp/​ giro​ e una

​

cavità​ centrale

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

● Forma​ B : elica​ sinistrorsa​ e 10​ bp/giro

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

● Forma​ Z : direzione​ destrorsa​ e decorso​ a zig-zag​ .

​ ​

Replicazione​ del​ DNA

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

La​ cellula​ ha​ la​ capacità​ di​ polimerizzare​ deossinucleotidi​ . Questa​ capacità​ è visibile​ nella

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

modalità​ di​ replicazione​ e durante​ la​ riparazione​ del​ DNA​ per​ eventuali​ danni​ .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

La​ polimerizzazione​ del​ DNA​ avviene​ per​ l’enzima​ D

NA​ polimerasi​ . E’​ un​ enzima​ DNA

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

dipendente​ (la​ polimerizzazione​ di​ nuovi​ nucleotidi​ non​ può​ avvenire​ in​ assenza​ di​ uno

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

stampo​ di​ DNA​ ) → replicazione​ semiconservativa

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

​ ​ ​ ​ ​ ​

DNA​ polimerasi​ → nella​ polimerizzazione​ i nucleotidi trifosfato perdono un pirofosfato e

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

vengono aggiunti come MONOFOSFATI al 3’-OH del nucleotide precedente .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Lo​ stesso​ enzima​ è dotata​ di​ attività​ esonucleasica​ 3’​ → 5’​ e 5’​ → 3’​ .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

I​ nucleotidi​ polimerizzati​ e quindi​ quelli​ che​ andranno​ a formare​ un​ nuovo​ filamento​ , sono

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

quelli​ complementari​ ai​ nucleotidi​ presenti​ sul​ filamento​ di​ stampo​ . Quindi​ ricorda​ la

​

complementarietà​ :

ADENINA TIMINA

CITOSINA GUANINA

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

Non​ è la​ DNA​ polimerasi​ a scegliere​ i nucleotidi​ , l’enzima​ ha​ il​ semplice​ compito​ di​ appaiare

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

e​ disappaiare​ finchè​ , nel​ sito​ attivo​ dello​ stesso​ enzima​ , non​ arriva​ il​ nucleotide​ giusto

​ ​

Nei batteri ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

● Abbiamo​ un​ cromosoma​ circolare​ formato​ da​ DNA​ superavvolto​ .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

● 1​ origine​ di​ replicazione​ (detto​ sito​ ORIC​ ) da​ cui​ partono​ due​ forche​ replicative

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

simmetriche​ che​ terminano​ nella​ regione​ diametralmente​ opposta​ .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

● nelle​ forcelle​ replicative​ si​ assembla​ il​ primosoma​ , formato​ da​ DNA​ A , DNA​ B ,

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

DNA​ G primasi​ , tutti​ enzimi​ coinvolti​ : due​ esameri​ di​ DNA​ B funzionano​ da​ elicasi​ ,

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

disavvolgono​ il​ DNA​ in​ entrambe​ le​ direzioni​ creando​ due​ forcelle​ di​ replicazione​ .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

DNA​ B attiva​ la​ DNA​ G Primasi​ che​ si​ occupa​ di​ sintetizzare​ primers​ di​ RNA​ . La

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

primasi​ non​ è capace​ di​ correggere​ gli​ errori​ .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

● DNA​ elicasi​ → DNA​ topoisomerasi​ I → DNA​ topoisomerasi​ II​ → SSB​ proteins​ →

​ ​ ​ ​ ​

complesso​ della​ DNA​ polimerasi​ III​ .

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

[La DNA topoisomerasi I rompe un solo filamento di DNA , senza consumare ATP . la DNA

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

topoisomerasi II rompe 2 filamenti di DNA , detta girasi , e consuma ATP.

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​

La DNA polimerasi III sostiene la sintesi sui due filamenti . Viene ancorata ai filamenti

​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​ ​